combinaison spatiale

Combinaison spatiale de Apollo 11 moonwalk

Une combinaison spatiale est un système complexe de vêtements , d'équipement et systèmes environnementaux visant à maintenir une personne en vie et à l'aise dans l'environnement hostile de l'espace. Cela se applique à activités extra-véhiculaires (EVA) à l'extérieur engin spatial en orbite de la Terre et a demandé à la marche, et la circonscription du Lunar Rover, sur la Lune .

Certaines de ces exigences se appliquent également aux combinaisons pressurisées portés pour d'autres tâches spécialisées, telles que vol à haute altitude de reconnaissance. Dessus Ligne d'Armstrong (~ 63 000 ft / ~ 19 000 m), combinaisons pressurisées sont nécessaires dans l'atmosphère clairsemée. costumes Hazmat qui ressemblent superficiellement combinaisons spatiales sont parfois utilisés lorsqu'il se agit de risques biologiques.

exigences en matière de Spacesuit

Une combinaison spatiale doit remplir plusieurs fonctions pour permettre à son occupant de travailler en toute sécurité et confortablement. Il doit fournir:

• Une écurie interne pression. Cela peut être inférieure à l'atmosphère de la terre, comme il est généralement pas nécessaire pour la combinaison spatiale pour mener azote. Pression inférieure permet une plus grande mobilité, mais introduit l'obligation de pré-respiration pour éviter décompression.
• Mobilité. Le mouvement est généralement opposé par la pression de la combinaison; la mobilité est assurée par une conception commune prudent. Voir les théories de la conception spatiale section.
• Respirant l'oxygène . La circulation de l'oxygène refroidi et purifié est contrôlée par la Life Support System primaire.
• Température réglementation. Contrairement à la Terre, où la chaleur peut être transférée par convection de l'atmosphère, dans l'espace de la chaleur ne peut être perdu par ou par rayonnement thermique conduction objets en contact physique avec le costume de l'espace. Comme la température à l'extérieur de la combinaison varie considérablement entre la lumière du soleil et de l'ombre, le costume est très bien isolée, et la température à l'intérieur du costume est régulée par un Le liquide de refroidissement de vêtement en contact avec la peau de l'astronaute, ainsi que la température de l'air maintenu par le système de survie de base.
• Blindage contre le rayonnement ultraviolet
• Blindage limitée contre rayonnement de particules
• Protection contre les petits micrométéorites, fourni par un Thermique micrométéorites vêtement, qui est la couche la plus externe de la combinaison
• Système de communication
• Moyens pour recharger et décharger les gaz et liquides
• Moyens de manœuvre, quai, la libération et / ou attache sur vaisseau spatial
• Moyens de collecte et contenant des déchets solides et liquides (comme un Absorption maximale vêtement)

Pression de service

Généralement, pour fournir assez d'oxygène pour respiration, en utilisant une combinaison spatiale de l'oxygène pur doit avoir une pression d'environ 4,7 psi (32,4 kPa), égale à la 3 psi (20,7 kPa) la pression partielle de l'oxygène dans le atmosphère de la Terre au niveau de la mer, plus 40 torr (5,3 kPa) CO ₂ et 47 torr (6,3 kPa) vapeur d'eau pression, qui doivent tous deux être soustraite de la alvéolaire pression pour obtenir une pression partielle en oxygène alvéolaire dans une atmosphère à 100% d'oxygène, par le équation des gaz alvéolaire. Les deux derniers chiffres se additionnent à 87 torr (11,6 kPa, 1,7 psi), ce est pourquoi de nombreuses combinaisons spatiales modernes ne utilisent pas 3 psi, mais 4,7 psi (ce est une légère surcorrection, que les pressions partielles alvéolaires au niveau de la mer ne sont pas un plein 3 psi, mais un peu moins). Dans les combinaisons spatiales qui utilisent 3 psi, l'astronaute ne reçoit que 3 à 1,7 = 1,3 psi (9 kPa) d'oxygène, ce qui est de la pression partielle de l'oxygène alvéolaire atteint à une altitude de 6100 pi (1 860 m) au dessus du niveau de la mer. Ce est environ 78% de la pression du niveau normal de la mer, environ la même que la pression dans un avion commercial à réaction de passagers, et est la limite inférieure réaliste pour assurer la sécurité ordinaire pressurisation de combinaison spatiale qui permet la capacité de travail raisonnable.

Les théories de la conception spatiale

Une combinaison spatiale devrait permettre à son utilisateur grande liberté de mouvement naturel. Presque tous les modèles essaient de maintenir un volume constant quelle que soit mouvements du porteur fait. En effet, le travail mécanique est nécessaire pour modifier le volume d'un système de pression constante. Si fléchir une articulation réduit le volume de la combinaison spatiale, l'astronaute doit ensuite faire un travail supplémentaire à chaque fois qu'il se penche cette articulation, et il doit maintenir une force pour maintenir la pente commune. Même si cette force est très faible, il peut être sérieusement fatigante pour lutter constamment contre votre costume. Il rend également les mouvements délicats très difficile. Le travail requis pour plier une articulation est dictée par la formule

où V _i et V _f sont respectivement le volume initial et final de l'articulation, P est la pression dans le costume, et W est le travail résultant. Parce que la pression est dictée par les exigences de maintien de la vie, le seul moyen de réduire le travail est de minimiser la variation de volume.

Tous les modèles de maillot de l'espace tentent de minimiser ou d'éliminer ce problème. La solution la plus courante consiste à former la combinaison de plusieurs couches. La couche de vessie est un caoutchouc, une couche étanche à l'air un peu comme un ballon. La couche de retenue va à l'extérieur de la vessie, et fournit une forme spécifique pour le costume. Comme la couche de la vessie est plus grande que la couche de retenue, le dispositif de retenue prend toutes les contraintes provoquées par la pression à l'intérieur de la combinaison. Depuis la vessie ne est pas sous pression, il ne sera pas "pop" comme un ballon, même si percé. La couche de retenue est conformée de manière à ce que le pliage d'une des causes communes poches de tissu, appelée "goussets", à se ouvrir sur l'extérieur de l'articulation, tandis que les plis appelées "spires" se replient à l'intérieur de l'articulation. Les fuseaux compenser la perte de volume à l'intérieur de l'articulation, et de garder le costume à un volume à peu près constant. Cependant, une fois les fuseaux sont ouverts tout le chemin, l'articulation ne peut pas être plié plus loin sans une quantité considérable de travail.

Dans certains combinaisons spatiales russes, des bandes de tissu ont été étroitement enroulés autour des bras et des jambes du cosmonaute en dehors de la combinaison spatiale pour arrêter la combinaison spatiale de montgolfière lorsque dans l'espace.

La couche extérieure d'une combinaison spatiale, le Garment micrométéorites thermique, fournit une isolation thermique, la protection contre micrométéorites, et le blindage des effets néfastes du rayonnement solaire .

Il ya trois approches théoriques pour répondre à la conception:

Costumes à carapace dure

Costumes coque dure sont généralement en métal ou en matériaux composites. Bien qu'ils ressemblent à des armures, ils sont également conçus pour maintenir un volume constant. Cependant, ils ont tendance à être difficile à déplacer, car elles reposent sur des paliers au lieu de soufflet sur les articulations, et finissent souvent dans des positions impaires qui doivent être manipulés pour retrouver la mobilité.

Costumes mixtes

Costumes mixtes ont des parties à carapace dure et pièces de tissu. NASA s ' Unité Mobilité extravéhiculaire utilise une fibre de verre Dur haut du torse (HUT) et les membres tissu. ILC Dover de I-Suit remplace la partie supérieure du torse dur avec un tissu doux torse pour gagner du poids, limitant l'utilisation de composants durs aux roulements communs, casque, étanchéité de la taille, et à l'arrière trappe d'entrée. Pratiquement tous les modèles de spacesuit réalisables intègrent composants durs, en particulier au niveau des interfaces comme ce est le sceau de la taille, les roulements, et dans le cas de poursuites à entrée arrière, la trappe arrière, où tous mous alternatives ne sont pas viables.

Costumes moulants

Costumes moulants, également connus comme les costumes de contre-pression mécaniques ou activités spatiales costumes, sont une conception proposée qui permettrait d'utiliser un élastique bas de corps lourd pour comprimer le corps. La tête est dans un casque sous pression, mais le reste du corps est sous pression que par l'effet élastique de la combinaison. Ceci élimine le problème de volume constant, réduit la possibilité d'une dépressurisation de la combinaison spatiale et donne une couleur très léger. Cependant, ces costumes sont très difficiles à mettre et à faire face à des problèmes de fournir une pression constante partout. La plupart des propositions utilisent le corps du naturel transpirer pour garder au frais.

Technologies Contribuer

Technologies précédentes connexes comprennent la masque de gaz utilisé dans la Seconde Guerre mondiale , le masque à oxygène utilisé par les pilotes de bombardiers de haut vol dans la Seconde Guerre mondiale, la haute altitude ou maillot de vide requis par les pilotes de la Lockheed U-2 et SR-71 Blackbird , le combinaison de plongée, recycleur, équipement de plongée sous-marine, et bien d'autres.

Le développement du casque dôme sphérique était essentiel dans l'équilibre de la nécessité pour le champ de vue, la compensation de pression, et un faible poids. Le seul inconvénient avec quelques combinaisons spatiales est la tête étant fixe vers l'avant et d'être incapable de se tourner vers regarder de côté. Les astronautes appellent cet effet "tête de crocodile".

modèles de Spacesuit d'importance historique

Costumes haute altitude

• Evgeniy Chertanovskiy créé son costume complet pression ou à haute altitude "skafandr" (скафандр) en 1931. (скафандр signifie aussi " appareils de plongée ").
• Wiley Post a expérimenté avec un certain nombre de modèles à coque dure pour les vols de record.
• Russell Colley a créé les combinaisons spatiales portées par les astronautes projet Mercury, y compris montage Alan B. Shepard pour sa monte historique en tant que premier homme dans l'espace de l'Amérique le 5 mai 1961.

Modèles de combinaison russe

• SK-1, la combinaison spatiale de Youri Gagarine , le premier homme dans l'espace
• Berkut (Беркут = " de l'aigle royal "), la combinaison spatiale de Alexei Leonov, le cosmonaute qui, le premier fait une sortie dans l'espace
• Krechet (Кречет = " gerfaut ") costume, conçu pour l'atterrissage annulée lune habité soviétique
• Yastreb (Ястреб = " faucon ") de combinaison spatiale pour activités extra-véhiculaires, sur la base du Krechet
• Orlan (Орлан = " aigle de mer »ou« aigle chauve ») convient pour activités extra-véhiculaires
• Sokol (Сокол = " faucon ") costumes portés par Membres d'équipage Soyouz pendant lift-off et rentrée
• Strizh (Стриж = " rapide (oiseaux) ") spatiale développé pour les pilotes de la Bourane navette spatiale

Modèles de costume américains

• Au début des années 1950 Siegfried Hansen et ses collègues de Litton Industries conçu et construit un costume de travail à coque dure, qui a été utilisé à l'intérieur des chambres à vide et a été le prédécesseur de combinaisons spatiales dures utilisées dans les missions de la NASA.
• Marine Mark V costume haute altitude / vide utilisé pour Projet Mercury
• Maillots de sortie dans l'espace Gemini, utilisés pour Projet Gemini
• Manned Orbiting laboratoire MH-sept combinaisons spatiales
• Apollo / Skylab A7L EVA et maillots de lune. La combinaison spatiale Apollo et Skylab A7L est le principal costume de pression porté par la NASA pour les astronautes Projet Apollo, les trois habités Vols Skylab, et de la Test Project Apollo-Soyouz entre 1968 et la fin du programme Apollo en 1975.
• Advance Crew Suit système d'évacuation de pression utilisé sur le Navette Spatiale. The Escape Suit avancée Equipage ou costume ACES, est une pleine combinaison pressurisée actuellement porté par tous Équipages de la navette spatiale pour l'ascension et d'entrée des portions de vol. Le costume est un descendant direct de la L'US Air Force à haute altitude combinaisons pressurisées portés par SR-71 Blackbird et U-2 pilotes d'avion espion, X-15 et Pilote- Gemini astronautes, et les costumes Launch-entrée portés par la NASA astronautes à compter de la STS-26 vol, le premier vol après la Challenger catastrophes
• Unité de mobilité extravéhiculaire utilisé à la fois sur la La navette spatiale et la Station spatiale internationale . L'UEM est un système anthropomorphique indépendant qui fournit protection de l'environnement, la mobilité, le soutien de la vie, et de la communication pour une navette ou l'ISS membre d'équipage d'effectuer activités extra-véhiculaires (EVA) dans orbite terrestre.

Modèles de costume chinois

• Shenzhou 5 combinaison spatiale. Le costume porté par Yang Liwei sur Shenzhou 5, le premier vol habité chinois dans l'espace, ressemble beaucoup à une Costume Sokol-KV2, mais il est considéré comme une version chinoise fait plutôt qu'une combinaison russe réelle.

• Shenzhou 6 combinaison spatiale. Photos montrent que les costumes portés par Fei Junlong et Nie Haisheng sur Shenzhou 6 différer dans le détail à partir de la première action, ils sont également signalés à être plus léger.

• Shenzhou 7 combinaison spatiale. Nouvelles combinaisons spatiales pour l'activité extravéhiculaire (舱外 航天 服) sera utilisé, notamment à base de matériaux intelligents ("聪明 材"). . Le costume est conçu pour une mission de sortie dans l'espace d'un maximum de sept astronautes de hours.The avait été la formation dans les combinaisons spatiales des out-of-capsule depuis Juillet 2007, et les mouvements sont sérieusement limitée dans les costumes, avec une masse de plus de 110 kg chacun . Des rapports récents laissent entendre que la Chine a acheté un certain Combinaisons spatiales russes Orlan comme une option alternative dans la misson.

Les technologies émergentes

Plusieurs entreprises et les universités développent des technologies et des prototypes qui représentent des améliorations par rapport combinaisons spatiales actuelles.

Mark III

Le Mark III est un prototype de la NASA, construit par ILC Dover, qui comprend une section inférieure de torse dur et un mélange de composants mous et durs. Le Mark III est nettement plus mobiles que les costumes précédents, en dépit de sa pression de fonctionnement élevée (8,3 psi / 57 kPa), ce qui en fait un costume "zéro pré-respiration", ce qui signifie que les astronautes seraient en mesure de faire la transition directement à partir d'une une atmosphère, mixte l'environnement de la station spatiale -Gaz, comme celle sur la Station spatiale internationale , la poursuite, sans risquer décompression, qui peut se produire avec une dépressurisation rapide d'une atmosphère contenant de l' azote ou un autre gaz inerte.

I-Suit

Le I-Suit est un prototype de scaphandre également construit par ILC Dover, qui intègre plusieurs améliorations de conception plus de l'UEM, y compris une partie supérieure du torse douce gain de poids. Tant le Mark III et l'I-Suit ont pris part à la NASA annuelle Études technologiques (D-RATS) essais sur le terrain, au cours de laquelle les occupants de costume interagissent entre eux et avec les rovers et d'autres équipements de recherche et de désert.

Bio-Suit

Bio-Suit est une activité de combinaison spatiale en cours de développement au Massachusetts Institute of Technology, qui, comme des 2006 se compose de plusieurs prototypes de la jambe inférieure. Bio-costume est ajustement personnalisé à chaque porteur, en utilisant l'analyse du corps de laser.

MX-2

Le MX-2 est un analogue de la combinaison spatiale construite à la Université de Maryland Laboratoire Space Systems. Le MX-2 est utilisé pour pilotés flottabilité neutre essais à Neutre facilité de la Space Systems Lab flottabilité recherche. En rapprochant l'enveloppe de travail d'une véritable combinaison EVA, sans satisfaire aux exigences d'une combinaison de vol-classé, le MX-2 fournit une plate-forme peu coûteuse pour la recherche EVA, comparé à l'utilisation UEM convient à des installations comme la NASA Neutral Buoyancy Laboratory.

Le MX-2 a une pression de fonctionnement de 2,5 à 4 psi. Ce est un costume à entrée arrière, avec une fibre de verre torse dur. Air, L'eau de refroidissement LCG, et la puissance sont des systèmes à boucle ouverte, fournis grâce à un ombilical. Le costume comprend une mac mini pour capturer les données des capteurs, tels que la pression de costume, températures d'entrée et sortie d'air, et la fréquence cardiaque. Éléments de costume redimensionnables et ballast réglable permettent le costume pour accueillir des sujets allant en hauteur de 68 à. 75 in., Et avec une gamme de poids de 120 lb (54 kg).

Costume du Dakota du Nord

À compter de mai 2006, cinq Écoles du Dakota du Nord ont collaboré sur un nouveau prototype de combinaison spatiale, financé par une subvention de $ 100,000 la NASA , à la démonstration de technologies qui pourraient être intégrées dans un costume planétaire. La plainte a été testé dans le Parc national Theodore Roosevelt badlands de l'ouest du Dakota du Nord. Le costume pèse £ 47 sans un sac à dos de soutien de la vie, et ne coûte qu'une fraction du coût standard $ 22,000,000 pour une combinaison spatiale de la NASA de vol nominale. La plainte a été développé en un peu plus d'un an par les étudiants de la Université du Dakota du Nord, État du Dakota du Nord, État Dickinson, l'état Collège des sciences et Turtle Mountain Community College. La mobilité de la combinaison du Dakota du Nord peut être attribué à sa faible pression de fonctionnement; tandis que le costume du Dakota du Nord a été testé sur le terrain à une pression de 1 psi différentiel, costume UEM de la NASA fonctionne à une pression de 4,7 psi, une pression conçu pour fournir une pression partielle d'environ niveau de la mer oxygène pour la respiration (voir la discussion ci-dessus ).

NASA Constellation système Space Suit

Le 2 Août 2006, la NASA a indiqué son intention d'émettre une demande de propositions (DP) pour la conception, le développement, la certification, la production et ingénierie de soutien de la Constellation Combinaison spatiale pour répondre aux besoins de Constellation projet. NASA prévoit une seule demande capable de supporter: survie pendant le lancement, l'entrée et annuler; apesanteur EVA; EVA surface lunaire; et Mars surface EVA.

Le 11 Juin 2008, la NASA a attribué un contrat de $ 745 000 000 Oceaneering International pour créer la nouvelle combinaison spatiale.

Suitports

Un suitport est une alternative théorique à une sas, conçu pour une utilisation dans des environnements dangereux et vols habités, surtout planétaire exploration de surface. Dans un système de suitport, un espace costume arrière d'entrée est fixé et scellé contre l'extérieur d'un engins spatiaux, tels qu'un astronaute peut entrer et sceller le costume, puis aller sur EVA, sans la nécessité d'un sas ou dépressurisation de la cabine de l'engin spatial. Suitports nécessitent moins de masse et le volume de sas, fournissent atténuation de la poussière, et empêcher la contamination croisée de l'intérieur et les environnements extérieurs. Brevets pour des conceptions de suitport ont été déposées en 1996 par Philip Culbertson Jr. de la NASA Centre de recherche Ames et en 2003 par Joerg Boettcher, Stephen Ransom, et Frank Steinsiek.

Combinaisons spatiales dans la fiction

Pour aussi longtemps que il ya eu fiction situé dans l'espace, les auteurs ont essayé de décrire ou de représenter les combinaisons spatiales portées par leurs caractères. Ces combinaisons de fiction varient en apparence et de la technologie, et la gamme de la très authentique à l'totalement improbable.

Un récit fictif très tôt des combinaisons spatiales peut être vu dans le livre Conquête d'Edison de Mars (1898). Plus tard série de bande dessinée tels que Buck Rogers (1930) et Dan Dare (1950) a également comporté leur propre prend la conception du costume de l'espace. Les auteurs de science-fiction tels que Robert A. Heinlein a contribué à l'élaboration de concepts de fiction de costume de l'espace.